JPWO2009142199A1 - 電動アシスト自転車 - Google Patents
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Abstract
Description
(踏力検出機構)
マイクロコンピュータ14に入力される磁場信号1、2、3を出力する踏力検出機構を図3乃至図7を用いて説明する。この踏力検出機構は、踏力に応じた一方向クラッチ99の変形によって変化する磁場を検出する。
(1) 皿バネ137は、ドライブシャフト4に対して相対的に回転しない駒部100と支持ディスク151とに当接しているため、皿バネ137もドライブシャフト4、駒部100及び支持ディスク151と共に、回転する。よって、皿バネ137と駒部100との間には摩擦が生じず、回転抵抗も発生しない。
(2) 一方向クラッチと踏力検出機構とを一つの機構で実現したので、部品点数の削減化が図られ、小型、軽量化及び低コストを達成できる。
(3) 踏力を検出する部分を、磁力発生ユニットに対して皿バネに近接して磁場検出センサーを設けたので、皿バネの磨耗や回転抵抗などが発生せず、トルク検出装置の精度を向上させると共に耐久性を向上させることができる。
(4) 上記項目(2)及び(3)に示したように踏力検出機構の小型、軽量化及び簡素化をより高いレベルで達成したので、通常の自転車であっても踏力検出機構を取り付ける可能性が更に広がった。
(5) 上記項目(2)及び(3)で示した理由により、従来機構に比べて、非接触式の磁場強度による踏力検出機構を用いたので、制御の応答性のよいアシストフィーリングを実現できる。
(6) 上記項目(2)及び(3)で示した理由により、従来機構(コイルバネ使用)に比べ、ペダルに無駄な動き(センサーが感知するまで)が無くなり、ペダルを踏み込んだときのフィーリングは、従来機構は踏み込み時に弾力感があったのに対し、上記例では、通常の自転車のフィーリングと同様になった。
(合力機構)
電動アシスト自転車1の合力機構を、図3及び図7を用いて説明する。
(クランク角度及び車速の検出機構)
電動アシスト自転車1のクランク角度検出機構を、図3、図7乃至図8を用いて説明する。
(本発明の実施例の作用)
図9には、クランク角度の関数として変化する踏力及びアシスト力のグラフが示されている。図9において、θs(k)、θm(k)及びθe(k)は、各々、k番目のペダル半回転サイクル(サイクル番号k=1,2,3,...)における踏み込み開始角度、踏力最大角度及び踏み込み終了角度である。例えばk=1におけるペダル半回転サイクルが、右側ペダルクランク6Rに関するものであるとすると、k=2のペダル半回転サイクルは、左側ペダルクランク6Lに関するものとなり、以下同様に左右の半サイクルが交互に現われる。
(1)登坂用アシスト力データTAfは、クランク角度がθ1からθ2の間、略一定値となるように制御される。例えば、クランク角度θ1において踏力及び車速に基づいて計算された通常のアシスト力Af(V,θ1)をクランク角度θ2まで維持するように制御される。この場合、TAfはクランク角度の関数ではない。
(2) 登坂用アシスト力データTAfは、検出された踏力FLの増減に応じて増減するが、一定値以下にはならないように制御される。
(3) 登坂用アシスト力データTAfは、クランク角度θに応じて、クランク角度θ1から踏み込み終了角度θeoまで、踏力FLの低下よりも緩い減少勾配で減少し、踏み込み終了角度θeoからクランク角度θ2まで踏力FLの増加よりも緩い増加勾配で増加するように制御される。これにより、通常のアシスト力よりも大きいアシスト力を維持することができる。
(1)クランク角度が上記監視範囲にあるときの踏力の平均値が所定値を超えた場合に登坂と判定する。
(2) 上記監視範囲内の所定のクランク角度(例えば最大踏力角度)において検出された踏力が所定値を超えた場合に登板と判定する。
(3) 上記監視範囲において踏力が所定値(クランク角度の関数であってもよい)を超えた範囲が監視範囲に対して一定の比率で存在した場合に登坂と判定する。
(4) 上記監視範囲において踏力が所定時間又は所定角度連続して所定値(クランク角度の関数であってもよい)を超えた場合に登坂と判定する。
Avθm=(θm(p−n)+θm(p−n+1)+..θm(p−1))/n
Avθe=(θe(p−n)+θe(p−n+1)+..θe(p−1))/n
AvFLmax=(FLmax(p−n)+..FLmax(p−1))/n
2 スプロケット
3 フレーム
4 ドライブシャフト
11 電動アシストユニット
12 チェーン
14 マイクロコンピュータ
15 増幅回路
17 バッテリー
22 駆動輪(後輪)
37 電動モータ
37a 電動モータの出力軸
99 一方向クラッチ
100 駒部
102 ラチェット駒
108 第1の回転防止用溝
112 歯部
114 ラチェット歯
137 皿バネ
140 第2の回転防止用溝
150 鋼球
151 支持ディスク
161 リング状の永久磁石
162 ホール素子
163 (磁性体又は反磁性体でできた)リング部材
164 永久磁石
200 アシスト力伝達ギア
202 クランク角度検出用の永久磁石
204 動力伝達ギアの歯部
206 固定ピン
210 クランク角度検出用のホール素子
220 ギア
222 アシスト力の出力シャフト
Claims (11)
- 踏力によるペダルクランクの回転で走行する電動アシスト自転車であって、
踏力に付加されるアシスト力を発生するための電動手段と、
踏力を検出するための踏力検出手段と、
前記ペダルクランクの車体に対する角度であるクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、
少なくとも前記踏力検出手段により検出された踏力に基づいてアシスト力を決定し、該アシスト力を出力するように前記電動手段を制御するアシスト制御手段と、
前記電動アシスト自転車が登坂を走行しているかを判定する登坂判定手段と、
を備え、
前記アシスト制御手段は、前記登坂判定手段により登坂走行中であると判定された場合、少なくとも前記クランク角度検出手段により検出されたクランク角度に応じて前記アシスト力を登坂用アシスト力に切り替え、該登坂用出力を出力するように前記電動手段を制御する、電動アシスト自転車。 - 前記アシスト制御手段は、前記登坂判定手段により登坂走行中であると判定された場合、前記クランク角度検出手段により検出されたクランク角度が所定の範囲にあるとき前記アシスト力を前記登坂用アシスト力に切り替える、請求項1に記載の電動アシスト自転車。
- ペダル半回転サイクルにおいて、踏み込みが開始されたときのクランク角度を踏み込み開始角度、踏力が最大となるクランク角度を最大踏力角度、及び、踏み込みが終了したときのクランク角度を踏み込み終了角度と定義したとき、前記クランク角度の所定の範囲は、一つのペダル半回転サイクルの最大踏力角度から踏み込み終了角度の間にある第1の角度から、次のペダル半回転サイクルの踏み込み開始角度から最大踏力角度の間にある第2の角度までの範囲である、請求項2に記載の電動アシスト自転車。
- 前記登坂用アシスト力は、前記第1の角度から前記第2の角度まで前記アシスト力以上となる出力値を維持するように決定される、請求項3に記載の電動アシスト自転車。
- 前記登坂用アシスト力の前記出力値は、略一定値である、請求項4に記載の電動アシスト自転車。
- 前記登坂用アシスト力の前記出力値は、検出された踏力、前記クランク角度及び車速のうち少なくともいずれかに応じて変化する、請求項4に記載の電動アシスト自転車。
- 前記登坂用アシスト力は、前記第1の角度におけるアシスト力及び前記第2の角度におけるアシスト力を滑らかに接続するように決定される、請求項3乃至6のいずれか1項に記載の電動アシスト自転車。
- 前記登坂判定手段は、前記踏力検出手段により検出された踏力に基づいて前記電動アシスト自転車が登坂を走行しているかを判定する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電動アシスト自転車。
- 前記登坂判定手段は、前記クランク角度検出手段により検出されたクランク角度が所定の監視範囲にあるときに前記踏力検出手段により検出された踏力が所定値を超えた場合に、登坂走行中であると判定する、請求項8に記載の電動アシスト自転車。
- ペダル半回転サイクルにおいて、踏み込みが開始されたときのクランク角度を踏み込み開始角度、踏力が最大となるクランク角度を最大踏力角度、及び、踏み込みが終了したときのクランク角度を踏み込み終了角度と定義したとき、前記クランク角度の所定の監視範囲は、一つのペダル半回転サイクルの踏み込み開始角度から最大踏力角度の間で画定された範囲である、請求項9に記載の電動アシスト自転車。
- 前記クランク角度検出手段は、
スプロケットに同軸に固定されたディスクと、
前記ディスクの一方の板面側に円周等分に配置された複数の永久磁石と、
前記ディスクの前記一方の板面側に隣接して前記車体に対して固定された磁場検出手段と、
前記磁場検出手段からの磁場パルス信号をカウントするカウント手段と、
を備え、
前記踏力検出手段により踏み込み開始が検出されたときから前記カウント手段によりカウントされた磁場パルス信号のカウント値に基づいて前記クランク角度を検出する、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の電動アシスト自転車。
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